光纖通信的發(fā)展現(xiàn)狀

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上光纖通信的發(fā)展現(xiàn)狀光纖通信是以光波作為信息載體, 以光纖作為傳輸媒介的一種通信方式，已成為現(xiàn)代通信的主要支柱之一。雖然現(xiàn)在光纖通信符合了高速度、大容量、高保密等要求，但是，光纖通信能實際應(yīng)用到人類傳輸信息中并不是一帆風(fēng)順的，其發(fā)展中經(jīng)歷了很多技術(shù)難關(guān)，解決了這些技術(shù)難題，光纖通信才能進一步發(fā)展。光作為自然資源，有著自己得天獨厚的優(yōu)勢。光無處不在，這句話毫不夸張。在人類發(fā)展的早期，人類已經(jīng)開始使用光傳遞信息了，這樣的例子有很多。光自身固有的優(yōu)點注定了它在人類歷史上將充當(dāng)不可忽略的角色，隨著人類技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用越來越廣泛，優(yōu)點也越來越突出。打手勢是一種目視形式的光通信，

2、在黑暗中不能進行。白天太陽充當(dāng)這個傳輸系統(tǒng)的光源，太陽輻射攜帶發(fā)送者的信息傳送給接收者，手的動作調(diào)制光波，人的眼睛充當(dāng)檢測器。另外，3000多年前就有的烽火臺，直到目前仍然使用的信號燈、旗語等都可以看作是原始形式的光通信。望遠鏡的出現(xiàn)則又極大地延長了這類目視形式的光通信的距離。這類光通信方式有一個顯著的缺點，就是它們能夠傳輸?shù)娜萘繕O其有限。近代歷史上，早在1880年，美國的貝爾（Bell）發(fā)明了“光電話”。這種光電話利用太陽光或弧光燈作光源，通過透鏡把光束聚焦在送話器前的振動鏡片上，使光強度隨話音的變化而變化，實現(xiàn)話音對光強度的調(diào)制。在接收端，用拋物面反射鏡把從大氣傳來的光束反射到硅光電池上，

3、使光信號變換為電流傳送到受話器。光電話并未能在人類生活中得到實際的使用，這主要是因為當(dāng)時沒有合適的光源和傳輸介質(zhì)。其所利用的自然光為非相干光，方向性不好，不易調(diào)制和傳輸；而以空氣作為傳輸介質(zhì)，損耗會很大，無法實現(xiàn)遠距離傳輸 光纖即為光導(dǎo)纖維的簡稱。光纖通信是將要傳送的圖像、數(shù)據(jù)等信號調(diào)制到光載波上，以光纖作為傳輸媒介的通信方式。從原理上看, 構(gòu)成光纖通信的基本物質(zhì)要素是光纖、光源和光檢測器。光纖除了按制造工藝、材料組成以及光學(xué)特性進行分類外, 在應(yīng)用中, 光纖常按用途進行分類, 可分為通信用光纖和傳感用光纖。傳輸介質(zhì)光纖又分為通用與專用兩種, 而功能器件光纖則指用于完成光波的放大、整形、分頻、

4、倍頻、調(diào)制以及光振蕩等功能的光纖, 并常以某種功能器件的形式出現(xiàn)。光纖通信之所以發(fā)展迅猛, 主要緣于它具有以下特點: 通信容量大、傳輸距離遠；信號串?dāng)_小、保密性能好；抗電磁干擾、傳輸質(zhì)量佳；光纖尺寸小、重量輕, 便于敷設(shè)和運輸；材料來源豐富, 環(huán)境保護好；無輻射, 難于竊聽；光纜適應(yīng)性強, 壽命長。作為載波的光波頻率比電波頻率高得多，作為傳輸介質(zhì)的光纖又比同軸電纜或波導(dǎo)管的損耗低得多，因此相對于電纜通信或微波通信，光纖通信具有許多獨特的優(yōu)點。將優(yōu)點突出的光纖通信真正應(yīng)用到人類生活中去，和很多技術(shù)一樣，都經(jīng)歷著一個發(fā)展的過程。 光纖通信技術(shù)的幾種關(guān)鍵技術(shù)分為-波分復(fù)用技術(shù)。波分復(fù)用WDM(Wav

5、elength Division Multiplexing) 技術(shù)可以充分利用單模光纖低損耗區(qū)帶來的巨大帶寬資源。根據(jù)每一信道光波的頻率( 或波長) 不同, 將光纖的低損耗窗口劃分成若干個信道, 把光波作為信號的載波, 在發(fā)送端采用波分復(fù)用器( 合波器) , 將不同規(guī)定波長的信號光載波合并起來送入一根光纖進行傳輸。在接收端, 再由一波分復(fù)用器( 分波器) 將這些不同波長承載不同信號的光載波分開。由于不同波長的光載波信號可以看作互相獨立( 不考慮光纖非線性時) , 從而在一根光纖中可實現(xiàn)多路光信號的復(fù)用傳輸。自從上個世紀(jì)末, 波分復(fù)用技術(shù)出現(xiàn)以來, 由于它能極大地提高光纖傳輸系統(tǒng)的傳輸容量, 迅

6、速得到了廣泛的應(yīng)用。2. 光纖接入技術(shù)。光纖接入網(wǎng)是信息高速公路的“最后一公里”。實現(xiàn)信息傳輸?shù)母咚倩? 滿足大眾的需求, 不僅要有寬帶的主干傳輸網(wǎng)絡(luò), 用戶接入部分更是關(guān)鍵, 光纖接入是網(wǎng)高速信息流進千家萬戶的關(guān)鍵技術(shù)。在光纖寬帶接入中, 由于光纖到達位置的不同, 有FTTB、FTTC、FTTCab 和FTTH 等不同的應(yīng)用, 統(tǒng)稱FTTx。光纖通信技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀-    1市場需求的培育發(fā)展和產(chǎn)業(yè)鏈的形成尚需時日。FTTH除了提供高帶寬外, 更重要的是運營商能提供什么具體服務(wù)內(nèi)容讓用戶需求更高的帶寬, 使得在既有寬帶接入技術(shù)無法滿足之下,推動用戶走向光纖到戶。

7、然而用戶上網(wǎng)經(jīng)常使用的服務(wù)為看新聞, 搜尋引擎,電子信箱,這些服務(wù)所需之帶寬小,而高帶寬服務(wù)如視頻會議、VOD、多媒體娛樂使用之比例則偏低。因此,在ADSL已可滿足現(xiàn)有帶寬使用量的市場環(huán)境下,高帶寬服務(wù)的需求引導(dǎo)和普及情況還需要時間。 2.技術(shù)和成本瓶頸。首先從技術(shù)層面來講,目前廣泛采用的ADSL技術(shù)提供寬帶業(yè)務(wù)有一定的優(yōu)勢,與FTTH相比,價格便宜,利用原有銅線網(wǎng)使工程建設(shè)簡單,是FTTH目前推廣的主要競爭對手。從全球范圍看,在寬帶用戶中,66%的用戶采用xDSL,在中國這個比例更是高達90%。作為寬帶接入理想方式的FTTH, 一直沒有得到大規(guī)模發(fā)展的最主要原因就是光纖接入的成本依然比較高。

8、 3政策和法規(guī)相對滯后,各項標(biāo)準(zhǔn)還沒有出臺。目前我國推廣光纖到戶的發(fā)展基本處于各自為戰(zhàn)的狀態(tài), 各個地方政府政策各不相同,零星破碎,有的地方根本還沒有鼓勵優(yōu)惠政策?？傊? 政府缺少一個宏觀的引導(dǎo)和完善的產(chǎn)業(yè)政策。此外, 有關(guān)因特網(wǎng)相關(guān)的版權(quán)法規(guī)也有很多工作要做。雖然國際電信聯(lián)盟和美國等相繼出版了關(guān)于FTTH的各項標(biāo)準(zhǔn),但是我們?nèi)绾谓Y(jié)合本國實際情況,制定FTTH的技術(shù)規(guī)范和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)仍有待努力,這些都是至于我國FTTH走向商用的制約因素。我國光纖通信發(fā)展的出路-    1.完善各項技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和政府政策法規(guī)。標(biāo)準(zhǔn)化工作對FTTH產(chǎn)業(yè)發(fā)展和降低初裝成本和維護成本有直接的影響

9、。接入系統(tǒng)與國情密切有關(guān),在積極參與國際標(biāo)準(zhǔn)化工作同時應(yīng)加強開發(fā)適合我國國情的FTTH系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。政府應(yīng)積極出臺相應(yīng)法規(guī),旨在打破電信業(yè)務(wù)壟斷和消除行業(yè)壁壘。光纖傳輸容量幾乎是無限的,FTTH為用戶提供綜合業(yè)務(wù)接入不僅是技術(shù)上的需要也是提高其投資效益的必經(jīng)之FTTH接入技術(shù)推廣普及的迫切需要。 2.根據(jù)目前網(wǎng)民上網(wǎng)主要集中看新聞,搜索引擎,電子郵件的使用,這就需要我們設(shè)法引導(dǎo)他們轉(zhuǎn)向需要更寬帶寬要求的VOD, 遠程診療,視頻會議等服務(wù)和應(yīng)用。眾所周知,目前FTTH的設(shè)備價格還非常高昂,往往一線售價1000美元以上。目前,在國內(nèi)不少城市,由于激烈的市場競爭,ADSL和基于5類線的LAN寬帶接入使用

10、費逐年下降,基于這種寬帶接入服務(wù)的資費水平根本無法支撐FTTH網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運營,其投資效益可想而知,這是我國電信運營商普遍缺乏熱情推廣FTTH的最根本原因?？梢?在我國推廣FTTH應(yīng)用, 除開發(fā)低成本的FTTH接入技術(shù)與設(shè)備外,還應(yīng)該把市場推廣的突破口選擇在如別墅區(qū)、高檔住宅區(qū)和高級寫字樓(FTTO)等目標(biāo)市場。因為, 現(xiàn)有寬帶接入技術(shù)很難滿足這類目標(biāo)市場對寬帶接入遠距離、高帶寬、專線接入的要求,同時這些用戶對寬帶接入具有較高的消費能力,運營商可以根據(jù)FTTH能提供高帶寬、專線接入優(yōu)質(zhì)服務(wù)特點適當(dāng)提高寬帶接入月使用費,提高FTTH接入網(wǎng)絡(luò)投資效益。 3.FTTH業(yè)務(wù)提供應(yīng)循序漸進,選擇適合我國F

11、TTH展的技術(shù)。目前全球500萬線的FTTH用戶中,90%以上的FTTH接入網(wǎng)絡(luò)只提供Internet寬帶接入業(yè)務(wù),因為FTTH提供傳統(tǒng)固定電話成本遠遠高于現(xiàn)有固定電話技術(shù)成本,追求FTTH全業(yè)務(wù)接入(同時支持寬帶上網(wǎng)、有線電視CATV接入和傳統(tǒng)固定電話接入,即所為三網(wǎng)合一)在我國還存在行業(yè)壁壘,即電信運營商不允許經(jīng)營CATV 業(yè)務(wù), 反之CATV運營商不許經(jīng)營傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)(如電話), 而且這一現(xiàn)狀在未來相當(dāng)一段時間內(nèi)無法改變,因此單一運營商無法在FTTH接入網(wǎng)絡(luò)提供三網(wǎng)合一業(yè)務(wù)。雖然,在接入網(wǎng)上,光纖替代各種銅質(zhì)纜線是必然趨勢,但一夜之間光纖就徹底替代銅質(zhì)纜線,所有業(yè)務(wù)都通過光纖接入是不現(xiàn)實

12、的,也是無法想象的。在推進FTTH過程中, 我們必須照顧到傳統(tǒng)固網(wǎng)運營商的利益,也要考慮現(xiàn)有的金屬線資源,實現(xiàn)平緩過渡。光纖通信技術(shù)的發(fā)展方向全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)-隨著光纖通信的飛速發(fā)展，光纖通信有向全光網(wǎng)發(fā)展的趨勢所謂全光網(wǎng)，是指從源節(jié)點到終端用戶節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸與交換的整個過程均在光域內(nèi)進行，即端到端的完全的光路，中間沒有電信號的介入。全光網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意如圖所示。 全光網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意圖全光網(wǎng)的優(yōu)點- 基于波分復(fù)用的全光通信網(wǎng)可使通信網(wǎng)具備更強的可管理性、靈活性、透明性。它具備如下以往通信網(wǎng)和現(xiàn)行光通信系統(tǒng)所不具備的優(yōu)點：     （1）省掉了大量電子器件。全光網(wǎng)中光信號

13、的流動不再有光電轉(zhuǎn)換的障礙，克服了途中由于電子器件處理信號速率難以提高的困難，省掉了大量電子器件，大大提高了傳輸速率。    （2）提供多種協(xié)議的業(yè)務(wù)。全光網(wǎng)采用波分復(fù)用技術(shù)，以波長選擇路由，可方便地提供多種協(xié)議的業(yè)務(wù)。     （3）組網(wǎng)靈活性高。全光網(wǎng)組網(wǎng)極具靈活性，在任何節(jié)點可以抽出或加入某個波長。     （4）可靠性高。由于沿途沒有變換和存儲，全光網(wǎng)中許多光器件都是無源的，因而可靠性高。 全光網(wǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)- 光交換技術(shù) -光交換技術(shù)可以分成光路交換技術(shù)和分組交換技術(shù)。光路交換又可分成3種類型，即空分（S

14、D）、時分（TD）和波分頻分（WDFD）光交換，以及由這些交換形式組合而成的結(jié)合型。其中空分交換按光矩陣開關(guān)所使用的技術(shù)又分成兩類，一是基于波導(dǎo)技術(shù)的波導(dǎo)空分，另一個是使用自由空間光傳播技術(shù)的自由空分光交換。光分組交換中，異步傳送模式是近年來廣泛研究的一種方式。 光交叉連接（OXC）技術(shù) -OXC是用于光纖網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的設(shè)備，通過對光信號進行交叉連接，能夠靈活有效地管理光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)，是實現(xiàn)可靠的網(wǎng)絡(luò)保護恢復(fù)以及自動配線和監(jiān)控的重要手段。OXC主要由光交叉連接矩陣、輸入接口、輸出接口、管理控制單元等模塊組成。為增加OXC的可靠性，每個模塊都具有主用和備用的冗余結(jié)構(gòu)，OXC自動進行主備倒換。輸入輸出接

15、口直接與光纖鏈路相連，分別對輸入輸出信號進行適配、放大。管理控制單元通過編程對光交叉連接矩陣、輸入輸出接口模塊進行監(jiān)測和控制、光交叉連接矩陣是OXC的核心，它要求無阻塞、低延遲、寬帶和高可靠，并且要具有單向、雙向和廣播形式的功能。OXC也有空分、時分和波分3種類型。 光分插復(fù)用-在波分復(fù)用（WDM）光網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，人們的興趣越來越集中到光分插復(fù)用器上。這些設(shè)備在光波長領(lǐng)域內(nèi)具有傳統(tǒng)SDH分插復(fù)用器（SDH ADM）在時域內(nèi)的功能。特別是OADM可以從一個WDM光束中分出一個信道（分出功能），并且一般是以相同波長往光載波上插入新的信息（插入功能）。對于OADM，在分出口和插入口之間以及輸入口和輸出口

16、之間必須有很高的隔離度，以最大限度地減少同波長干涉效應(yīng)，否則將嚴(yán)重影響傳輸性能。已經(jīng)提出了實現(xiàn)OADM的幾種技術(shù)：WDM DE-MUX和MUX的組合；光循環(huán)器或在Mach-Zehnder結(jié)構(gòu)中的光纖光柵；用集成光學(xué)技術(shù)實現(xiàn)的串聯(lián)Mach-Zehnder結(jié)構(gòu)中的干涉濾波器。前兩種方式使隔離度達到最高，但需要昂貴的設(shè)備如WDM MUXDE MUX或光循環(huán)器。Mach-Zehnder結(jié)構(gòu)（用光纖光柵或光集成技術(shù)）還在開發(fā)之中，并需要進一步改進以達到所要求的隔離度。上面幾種OADM都被設(shè)計成以固定的波長工作。 光放大技術(shù)-光纖放大器是建立全光通信網(wǎng)的核心技術(shù)之一，也是密集波分復(fù)用（DWDM）系統(tǒng)發(fā)展的

17、關(guān)鍵要素。DWDM系統(tǒng)的傳統(tǒng)基礎(chǔ)是摻餌光纖放大器（EDFA）。光纖在1550nm窗口有一較寬的低損耗帶寬，可以容納DWDM的光信號同時在一根光纖上傳輸。采用這種放大器的多路傳輸系統(tǒng)可以擴展，經(jīng)濟合理。EDFA出現(xiàn)以后，迅速取代了電的信號再生放大器，大大簡化了整個光傳輸網(wǎng)。但隨著系統(tǒng)帶寬需求的不斷上升，EDFA也開始顯示出它的局限性。由于可用的帶寬只有30nm，同時又希望傳輸盡可能多的信道，故每個信道間的距離非常小，一般只有O.81.6nm，這很容易造成相鄰信道間的串話。因此，實際上EDFA的帶寬限制了DWDM系統(tǒng)的容量。最近研究表明，1590nm寬波段光纖放大器能夠把DWDM系統(tǒng)的工作窗口擴展

18、到1600nm以上。貝爾實驗室和NH的研究化硅和餌的雙波段光纖放大器。它由兩個單獨的子帶放大器組成：傳統(tǒng)1550nm EDFA（1530nm1560nm）；1590nm的擴展波段光纖放大器EBFA。EBFA和EDFA的結(jié)合使用，可使DWDM系統(tǒng)的帶寬增加一倍以上（75nm），為信道提供更大的空間，從而減少甚至消除了串話。因此，1590nm EBFA對滿足不斷增長的高容量光纖系統(tǒng)的需求邁出了重要的一步。 全光網(wǎng)絡(luò)面臨的挑戰(zhàn)-     （1）網(wǎng)絡(luò)管理。除了基本的功能外，核心光網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)管理應(yīng)包括光層波長路由管理、端到端性能監(jiān)控、保護與恢復(fù)、疏導(dǎo)和資源分配策略管理。     （2）互連和互操作。ITU和光互連網(wǎng)論壇（OIF）正致力于互操作和互連的研究，已取得了一些進展。ITU的研究集中在開發(fā)光層內(nèi)實現(xiàn)互操作的標(biāo)準(zhǔn)。OIF則更多的關(guān)注光層和網(wǎng)絡(luò)其他層之間的互操作，集中進行客戶層和